川赤芍花粉粒发育过程的细胞学观察

许世磊 宋春花 侯祥云 王丰妍 郭先锋

摘要：运用常规石蜡切片技术观察了川赤芍小孢子的发生和雄配子体的形成过程，结果表明：4月上中旬为小孢子及雄配子体发育时期；小孢子母细胞减数分裂时，胞质分裂为同时型，呈四面体型排列，少左右对称型；成熟花粉为2－细胞型。

关键词：川赤芍；小孢子；雄配子体

中图分类号：S682.1⁺2文献标识号：A文章编号：1001-4942(2012)01-0029-03

芍药为我国传统名花，但栽培芍药花期较短。川赤芍(Paeonia veitchii Lynch)为芍药科芍药属多年生草本植物，其叶片深裂，花紫红色、单瓣，抗性强、耐阴，观赏性高。花期自4月中下旬到5月中旬，较同属其他芍药早一个月左右。为提高芍药品质，延长芍药花期，早花且观赏品质高的川赤芍就成为优良的杂交亲本，因其花期较早故常作杂交父本，因此开展定向杂交前对其父本育性的研究尤为重要，尤其是对雄蕊发育过程的细胞学研究。近年来关于植物花粉的研究多集中在测定花粉活力或电镜观察花粉粒形态，生物学研究多集中在对花粉进行辐射处理育种上；芍药属细胞学的研究重点集中在对芍药属牡丹组的研究上，对芍药的研究较少，且主要集中在对栽培品种的研究上。本试验运用常规石蜡切片技术，观察了川赤芍小孢子的发生和雄配子体的形成过程，现将试验结果报告如下：

1.材料与方法

试验于2010年进行，供试材料为芍药野生种川赤芍，材料取自山东农业大学林学基地。取样方法参照王雁等(2010)的方法并稍作改进，根据花营直径大小分级，每增加0.1cm分为一级。自花蕾刚萌芽约0.1cm开始取样至花朵即将绽放、花蕾直径不再增大。FAA固定液固定，爱氏苏木精整染后常规石蜡切片法切片，厚度为6～10μm，利用OLYMPUS显微镜观察并拍照。

2.结果与分析

2.1小孢子的发生

花粉粒的发育包括小孢子的发生和雄配子体的形成两个阶段，试验观察表明，4月上中旬小孢子及雄配子体即开始发育。

4月初，为花药壁发育时期，在花粉囊壁的中层和绒毡层逐渐消失解体的过程中，花粉母细胞逐渐进入减数分裂阶段。减数分裂开始时，花粉母细胞逐渐积累胼胝质，在初生壁和细胞膜之间形成胼胝质壁(图版1)。芍药花粉母细胞的减数分裂为同时型，即第一次核分裂时不伴随胞质分裂，形成一个二核细胞，不出现二分体阶段(图版2)；当第二次分裂形成四核后，才同时发生胞质分裂而形成四分体(图版3)。四分体多为四面体型，少左右对称型，花粉母细胞经减数分裂后形成4个染色体数目减半的单核花粉粒又称小孢子，它们仍被包围在共同的胼胝壁中(图版4)。

2.2雄配子体的形成

幼期单核花粉粒从四分体中释放出来(图版5)，此时单核花粉粒的核位于细胞中央(单核居中期)，具有浓厚的细胞质(图版6)。不久，细胞内逐渐形成中央大液泡，细胞核随之移到一侧，为单核靠边期。单核在贴近细胞壁的边缘进行有丝分裂，先形成两个细胞核(图版7)，贴近花粉壁的为生殖核，向着大液泡的为营养核。以后发生不均等的胞质分裂，形成生殖细胞和营养细胞。在四分体到晚期花粉过程中，花粉壁也相应地经历了一系列的建造过程。

在幼期单核花粉存在于四分体中时，在胼胝质壁内侧和质膜之间首先发生纤维素的初生外壁。花粉游离时，初生外壁发育为花粉外壁，花粉外壁并非均匀产生，未形成外壁的孔隙发育为萌发孔或萌发沟(图版8)。花粉粒的发育常先在萌发孔区开始。

2.3雄蕊发育过程与花蕾大小的关系

从表1可以看出，雄蕊发育过程与花蕾直径大小存在较明显的正向性关系。花蕾直径较小(0.1～0.4cm)时主要是孢原细胞和造孢细胞的分化；直径大小为0.6～1.2cm时，为花粉母细胞减数分裂为四分体时期；花蕾直径较大至开花时(1.4cm～开花)，为小孢子发育为成熟花粉粒时期。

3讨论

雄蕊发育过程与花蕾直径大小表现出一定的相关性，雄蕊发育过程表现出一定的时序性，4月初为花药壁的发育时期，4月上中旬为小孢子和雄配子体发育期，这与桂明珠等(1994)的研究结果较为一致。王雁等(2010)曾研究发现，雄蕊发育过程与花蕾长短存在一定相关性，与本试验结果存在相同之处。本试验表明，雄蕊发育细胞学研究试验中可根据雄蕊发育阶段有针对性的取样，为雄蕊发育过程的细胞学研究提供重要的理论依据。

参考文献：

[1]王玉霞，王颖，李芳东，等.不同种仁率山楂品种花粉量及花粉活力的测定[J].山东农业科学，2008，2：8-10.

[2]孙洪美，焦传兵，李永胜，等.山东省紫薇品种观赏价值的灰色评价[J].山东农业科学，2011，4：17-20.

[3]苏学合，高国强，时香玉，等.利用花粉辐照技术进行棉花种间远缘杂交研究[J].山东农业科学，2000，2：8-10.

[4]成仿云.紫斑牡丹花粉发育的细胞形态学研究[J].园艺学报，1998，25(4)：367-373.

[5]潘开玉，温洁，罗毅波，等.矮牡丹小孢子发生和雄配子体发育及其与该种濒危的关系[J].植物分类学报，1999，37(3)：244-252.

[6]于玲，何丽霞.紫斑牡丹小孢子形成过程的细胞遗传学研究[J].西北植物学报，2000，20(3)：467-471.

[7]郝捷，刘胜.紫斑牡丹栽培品种小孢子发育过程的细胞遗传学研究[J].生物学杂志，2000，17(3)：16-18.

[8]魏乐，张怀刚.3种牡丹雄配子体发育的比较研究[J].安徽农业科学，2008，36(2)：509-511.

[9]孔兰静，韩莉，孔博.芍药雄配子体发育的超微结构研究[J].西北植物学报，2002，22(5)：1225一1230，[10]孔兰静，崔宏，王宗正，等，芍药小孢子发生与雄配子体发育的光镜研究[J]，山东农业大学学报(自然科学版)，2004，35(4)：547-552.

[11]王雁，李艳华，彭镇华.黄牡丹的大小孢子发生及雌雄配子体发育[J].东北林业大学学报，2010，38(5)：62-65.

[12]桂明珠，李桂琴，李燕华.李的大小孢子及雌雄配子体发育研究[J].东北农业大学学报，1994，25(1)：89-96.